Презентация к уроку химии "Кремний и его соединения", 9 класс

КРЕМНИЙ И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ

ХИМИЯ, 9 КЛАСС

« Кремний – основа земной коры» А.Е. Ферсман

История открытия

Чистый элементарный кремний был получен шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом в 1825 году действием металлического калия на фтористый кремний SiF 4

Русское название «кремний» введено в 1834 году российским химиком Германом Ивановичем Гессом. В переводе с древнегреческого κρημνός — « утес, гора».

Кремний в периодической системе .

3

• Период
• Группа
• Подгруппа
• Число энергетических уровней
• Число электронов на внешнем энергетическом уровне
• Степени окисления

IV

Главная

3

4

-4 +4

Строение атома кремния

Степень окисления

-4

SiC

-2

SiS 2

-1

SiCL 4

+1

-2

SiH 4

-1

SiO

SiF 4

Si

О

+2

-4

+4

-2

SiO 2

-3

Si 3 N 4

В соединениях кремний преимущественно четырёхвалентен и проявляет в большинстве соединений степень окисения, равную +4 .

Нахождение в природе

В природе кремний Si – второй по распространённости после кислорода элемент ( 28 0 / 0 от массы земной коры ).

Земная кора более чем на четверть состоит из его соединений.

Наиболее распространённым соединением кремния является его диоксид SiO 2 , другое его название – кремнезём.

Кремний в виде скелета живого организма

Разновидности минералов на основе оксида кремния

Опал

Кварц

Агат

Цитрин

Горный

хрусталь

Сердолик

Яшма

Кошачий

глаз

Аметист

Биологическая роль

Важнейшее соединение кремния – SiO 2

необходим для жизни растений и животных.

Благодаря ему тростники, камыши и хвощи стоят

крепко, как штыки. Острые листья осоки режут,

как ножи, стерня на скошенном поле колет, как

иголки, а стебли злаков настолько крепки, что не позволяют ниве на полях ложиться от дождя

и ветра Чешуя рыб, панцири насекомых, крылья бабочек, перья птиц и шерсть животных прочны, так как содержат кремнезем. Кремний придаёт гладкость и прочность костям и кровеносным сосудам человека

Аллотропия кремния. Физические свойства

Тугоплавкое вещество ( t пл.=1400°С) темно-серого цвета с металлическим блеском, хрупкое, плохо проводит электрический ток.

Неметалл

Кристаллический

кремний

Бурый порошок, не имеющий постоянной температуры плавления.

Аморфный кремний

Кристаллическая структура кремния

Кристаллическая решетка

кремния кубическая

гранецентрированная типа алмаза.

Но из-за большей длины связи

между Si – Si , твердость кремния значительно меньше, чем алмаза.

Кремний хрупок, только при нагревании выше 800 0 С.

Получение кремния

Промышленные способы

SiO 2 + 2Mg = 2MgO + Si

SiO 2 + 2C = 2CO + Si (1900°C)

SiCl 4 + 2H 2 = Si + 4HCl

SiH 4 = Si + 2H 2 (400°C)

Для отделения Si от М gO используют соляную кислоту

MgO + 2HCl = MgCl 2 + H 2 O

Химические свойства

t

Si + O 2 → SiO 2

• Горит в кислороде, образуя диоксид кремния:
• При нагревании соединяется с металлами с образованием силицидов:
• Взаимодействует со щелочами, образуя силикаты и водород:
• Силан на воздухе самовоспламеняется и сгорает с образованием диоксида кремния и воды:
• Силициды разлагаются водой или кислотами, при этом выделяется газообразное водородное соединение кремния – силан:

t

Si + 2Mg → Mg 2 Si

Si + 2 NaOH + H 2 O→

→ Na 2 SiO 3 + 2H 2 ↑

SiH 4 + 2O 2 = SiO 2 + 2H 2 O

Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 → 2MgSO 4 + SiH 4 ↑

Применение кремния

Производство кислотоупорных сталей

Получение фотоэлементов

Si

Производство полупроводников

Получение карборунда SiC

В качестве выпрямителя переменного тока

Соединения кремния

Кремний

Si

Оксид

Кремния:

SiO 2

Водородное:

Силан

SiH 4

Кремниевая

кислота:

H 2 SiO 3

Соли:

Силикаты

Силициды:

Свойства оксида

СО 2

SiO 2

Кислотный оксид

Кислотный оксид

Молекулярная

кристаллическая решетка

Атомная

кристаллическая решетка

Бесцветный газ.

Кристаллическое, твердое вещество, тугоплавкое.

Химические

свойства

H 2 O + CO 2 = H 2 CO 3

Не взаимодействует

CO 2 + CaO = CaCO 3

SiO 2 + CaO = CaSiO 3

CO 2 + Ca(OH) 2 =CaCO 3 + H 2 O

SiO 2 + NaOH = Na 2 SiO 3 + H 2 O

(нагревание)

CO 2 + 2Mg = 2MgO + C

SiO 2 + 2C = 2MgO + Si

C + CO 2 = 2CO

SiO 2 + 2C = Si + 2CO

Свойства кислот

H 2 CO 3

H 2 SiO 3

Двухосновная, кислородсодержащая, слабая, непрочная, т.к. летучая.

Двухосновная, кислородсодержащая, слабая, нерастворимая в воде.

Получение: СО 2 + Н 2 О = Н 2 СО 3

Получение: SiO 2 + H 2 O = нельзя

Нестойкая, непрочная, при стоянии или нагревании разлагается:

Н 2 СО 3 = СО 2 + Н 2 О

Выделить в чистом виде нельзя, т.к. при нагревании разлагается:

H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O

Zn + H 2 CO 3 = ZnCO 3 + H 2

Незначительное выделение газа

__________

Получение кремниевой кислоты

Из растворов силикатов действием на них более сильных кислот – соляной HCI , серной H 2 SO 4 , уксусной CH 3 COOH и даже угольной H 2 CO 3 :

K 2 SiO 3 + 2HCI = 2KCI + H 2 SiO 3

Следовательно, кремниевая кислота очень слабая. Она нерастворима в воде и выпадает из реакционной смеси в виде студенистого осадка, похожую на студень, желе. При высыхании этой массы образуется высокопористое вещество – силикагель , применяемый как адсорбент – поглотитель других веществ.

Получение кремниевой кислоты

Силикатный кл ей

Кремниевая кислота

Силикагель

Соли

Угольной кислоты

Кремниевой кислоты

- карбонаты;

- гидрокарбонаты;

- силикаты;

Карбонаты обладают всеми свойствами солей, являются сильными электролитами, полностью диссоциируют на ионы(растворимых в воде).

Растворимыми являются только соли щелочных металлов, остальные образуют нерастворимые или вообще не образуют солей ( Al +3 , Cr +3 , Ag + ) .

Получение силикатов

Силикаты можно получить сплавлением диоксида кремния с оксидами металлов или с карбонатами:

SiO 2 + CaO = CaSiO 3

SiO 2 + CaCO 3 = CaSiO 3 + CO 2

Силикаты натрия и калия называют растворимым стеклом. Их водные растворы – это хорошо известный силикатный клей.

Силициды

Силициды легко разлагаются водой или кислотами, при этом выделяется газообразное водородное соединение кремния – силан:

• Mg 2 Si + 2H 2 SO 4 = 2MgSO 4 + SiH 4

Силан

В отличие от углеводородов силан на воздухе самовоспламеняется и сгорает с образованием диоксида кремния и воды:

SiH 4 + 2O 2 = SiO 2 + 2H 2 O

Повышенная реакционная способность силана по сравнению с метаном CH 4 объясняется тем, что у кремния больше размер атома, чем у углерода, поэтому химические связи Si – H слабее связей C – H

.

ПРИМЕНЕНИЕ

Полупроводник

(солнечные батарейки)

Оксида

кремния

Полудрагоценные и

поделочные камни;

изготовление стекла, цемента.

Кремниевой

кислоты

и силикато в

Силикатный клей, силикагель